1.一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的装置,包括发动机、测功机、发动机控制器、燃烧分析仪、mircoautobox快速控制原型以及测功机上位机控制系统、发动机控制器上位机、mircoautobox快速控制原型上位机和can总线通讯系统:
其中,所述的发动机和测功机通过联轴器联接,所述的测功机用于为发动机起动提供起动转速,固定发动机转速并测量发动机的转矩;
所述的发动机控制器用来控制发动机上的执行器,接收传感器采集的信号,与发动机控制器上位机通过can总线进行通信;
所述的燃烧分析仪通过安装在发动机缸内的缸压传感器和曲轴上的角标仪采集缸内压力和曲轴转角,进而计算每循环的平均指示压力,并且通过can总线与mircoautobox快速控制原型进行通信,将信息发送给mircoautobox快速控制原型;
所述的mircoautobox快速控制原型用于搭建优化算法,通过采集输入量,计算下一次的控制参数;
所述的测功机上位机控制系统用来控制测功机,监测测功机的状态和测量的发动机转矩;
所述的发动机控制器上位机用于向发动机控制器发送控制指令,从而控制执行器;监控传感器采集的发动机状态;在控制参数自动标定时,接收mircoautobox快速控制原型计算的控制参数,再将该控制参数发送给发动机控制器;
所述的mircoautobox快速控制原型上位机用于监测优化算法计算时的输入和输出量,同时有自动标定的开关,用来控制自动标定过程的开始和结束;
所述的can总线通讯系统由两条can总线组成,其中一条连接mircoautobox快速控制原型和燃烧分析仪,燃烧分析仪将计算得到的imep发送给mircoautobox快速控制原型;另外一条can总线连接发动机控制器、发动机控制器上位机和mircoautobox快速控制原型,发动机控制器将传感器采集的信号通过can总线发送给发动机控制器上位机,用于发动机状态监控;发动机控制器上位机将控制参数通过can总线下发到发动机控制器,发动机控制器照此参数控制执行器执行;所述的mircoautobox快速控制原型在can总线上监听发动机控制器下发的喷油脉宽,用以计算燃油消耗率,同时在自动在线参数标定过程中mircoautobox快速控制原型向发动机控制器发送相应的控制参数,用以代替发动机控制器上位机下发的相同的控制参数。
2.根据权利要求1所述的一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的装置,其特征在于,所述的燃烧分析仪的计算过程中,需要采集多个循环的平均值作为发动机响应。
3.根据权利要求2所述的一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的装置,其特征在于,采集的循环数为40~400个循环。
4.一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的方法,包括以下步骤:
a、在测功机上位机控制系统设置发动机起动转速,预设发动机稳定运行的转速;
b、起动,发动机在预设的运行转速稳定运行,此时测功机上位机控制系统实时监测测功机状态和发动机转矩等动力性指标;然后通过发动机控制器上位机设置节气门开度,确定运行工况,并实时检测发动机排气温度、冷却水温度状态;
c、在mircoautobox快速控制原型上位机打开控制参数自动标定的开关,进行控制参数的自动标定;
d、燃烧分析仪在整个过程实时采集计算发动机的平均指示压力,并通过can总线通讯,持续的将平均指示压力的信息发送给mircoautobox快速控制原型;
e、mircoautobox快速控制原型在接到控制参数自动标定过程开始的指令过后,接收燃烧分析仪发送过来的平均指示压力,并计算得到平均指示转矩,作为发动机动力性指标;
f、接收发动机控制器下发的喷油脉宽,并计算燃油消耗率,作为发动机经济性指标;
g、在得到发动机性能指标后,求解此时控制参数下的优化目标函数,通过优化算法改变控制参数,将新的控制参数通过can总线发送给发动机控制器;
h、发动机控制器在can总线上持续监听并接收mircoautobox快速控制原型发送的控制参数,用以代替发动机控制器上位机下发的控制参数,得到新的控制参数后,发动机控制器将控制执行器按此控制参数执行,发动机性能变化,进行下一次优化计算。
5.根据权利要求4所述的一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的方法,其特征在于,所述的步骤g中,通过优化算法改变控制参数的具体方法包括:
g1、首先确定需要优化的控制参数:点火提前角和空燃比;
g2、确定优化目标,建立优化目标函数;
g3、利用优化算法求解优化目标函数,得到最优控制参数,所述的优化算法具体是:利用遗传算法在控制参数的可行域寻找最优区域,在寻找到最优区域后改用极值搜索算法寻找目标函数的最优点以确定最优控制参数;
g4、将最优控制参数下发给发动机控制器,在此工况按最优控制参数运行。
6.根据权利要求5所述的一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的方法,其特征在于,所述的步骤g2具体以下步骤:
确定优化目标是对发动机动力性和经济性指标进行优化,同时认为两者的重要程度相当,动力性指标为指示转矩,经济性指标为燃油消耗率;依据优化目标确定了下列公式所示的优化目标函数:
式中,j(x)为优化目标函数值;x为控制参数组;be为燃油消耗率,单位g/(kwh);te为指示转矩,单位nm;bemax为设定的最低燃油消耗率,为常数,根据发动机实际经济性能设定,单位g/(kwh);temax为设定的最大指示转矩,为常数,根据发动机实际动力性能表现设定,单位nm。
7.根据权利要求6所述的一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的方法,其特征在于,所述的公式中的x为[点火提前角,空燃比]。
8.根据权利要求5所述的一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的方法,其特征在于,所述的步骤g3中,所述的遗传算法的具体步骤包括:
g311、确定控制参数的可性域,划分步长;
g312、生成初始种群;
g313、求解优化目标函数;
g314、进行收敛判断。
9.根据权利要求5所述的一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的方法,其特征在于,所述的步骤g3中,所述的极值搜索算法的具体步骤包括:
g321、初始化算法参数;
g322、求解扰动下的优化目标函数,计算梯度。
g323、更新控制参数。
g324、变化其他控制参数,重复步骤g322、g323;
g325、进行收敛判断。
10.根据权利要求4所述的一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的方法,其特征在于,所述的步骤d中,燃烧分析仪采集计算发动机的平均指示压力,需要采集n个循环的平均值作为发动机响应,其中,判断燃烧稳定性的评价用平均指示压力变动系数(cov)及以下公式进行表征:
11.根据权利要求10所述的一种结合遗传算法和极值搜索算法的发动机控制参数在线标定的方法,其特征在于,所述的cov的范围值为1%-20%,采集的循环数n的范围为40~400。